资本实验室·今日创新观察

聚焦前沿科技创新与传统产业升级

李鑫

如果人类突然出现在太空，甚至别的星球，如果那里有外星人，并且看到了我们，会不会惊呼：瞧啊！那是哪里来的太空怪客？

人类长期以来都渴望探索广袤无垠的太空。事实上，无论是私营企业，还是上市太空科技公司，都正在为第二轮太空竞赛做准备。这项非常昂贵的竞赛，将让我们得以慢慢接近于揭示宇宙的答案，并探索我们人类自身的新领域。

尽管竞赛仍在继续，但在探索太阳系以及更广阔的太空的过程中，重点的转移和有限的预算已经削弱了NASA（美国航空航天局）的领先地位。与此同时，像SpaceX和维珍银河这样的私营企业资金充裕，并正在加紧步伐，试图设计出更好、更大、更快的火箭。

这是一件好事。因为，如果人类要在其它星球上找到生命，或者为我们自己再找到一个新的星球，就需要做更多的工作：工程师和科学家们需要开发生命支持系统，需要寻找可靠的水源和燃料，需要克服太空生活对身体产生的不良影响，还需要找到一种更快的旅行方式……

需要做的事情还有太多，但将普通人送到月球和更远的星球上似乎不再是遥不可及的事情。然而，这一切什么时候才会最终发生？人类何时才能最终在外星世界遨游？

根据各公司的太空探索计划，我们得以一窥这美好的未来：

2017年底：发射猎鹰重型火箭

SpaceX计划于2017年底之前首次发射猎鹰重型火箭。因为猎鹰重型火箭可以重复使用，所以该火箭将有效载荷送入太空的成本，是下一个最接近的可操作飞行器——三角洲4号重型运载火箭的三分之一。

这一较低的前期费用意味着更多的机构能够在外层空间开展测试。其中一个测试是行星学会（Planetary Society）的光帆2号（LightSail 2）太阳帆飞船，将于2018年初搭载猎鹰重型火箭升空。

SpaceX公司的猎鹰重型火箭名不虚传：高70米的火箭上装载了27个火箭发动机。这会产生很多额外的重量，但有效载荷的增加让这一切都变得值得——该火箭能发射重达63.8吨的设备、货物以及乘客进入环绕地球的轨道。这比航天飞机到达同等高度所能承运量的2倍还多。

2018：为太空旅游做好准备

2018年，SpaceX计划发射有史以来数量最多的30艘火箭进入轨道（2017年为20艘）。更多的尝试将为该公司获取更多的数据，并进一步完善技术，以更廉价、更安全的方式发射火箭。

最终，这种廉价又安全的太空飞行将使太空旅游成为可能。事实上，就在今年，SpaceX宣布，他们将于2018年将两名人类送入月球轨道。

与此同时，维珍银河公司正准备在2018年二月底之前将首批宇航员送入太空。然而，在其进行载人发射之前，飞船将会进行一系列的试飞活动。

这架名为VSS Unity的航天飞机，于2017年初完成了其第五次“滑翔飞行”（与传统太空火箭的垂直轨迹不同）。

在2018年一月，VSS Unity将会在靠近卡拉曼线（Karaman line）的地区飞行，卡拉曼线是划分地球大气层和外太空的官方界线，位于地表上方100公里（62英里）处。

同在2018年初，科学家将会测试LightSail 2太阳帆飞船，这是一种通过利用太阳能光子的能量而穿越宇宙空间的装置，不需要任何燃料箱或推进器。

LightSail 2是一艘由公民集资资助的宇宙飞船，由行星学会（促进外太空探索的最大非营利性组织）创建，它将证明太阳帆会推进飞船进入更加深远的太空这一理念。

这架无人驾驶的轻型宇宙飞船将搭载SpaceX的猎鹰重型火箭进入太空，并在720公里（447.4英里）的高度试飞。

2019：太空旅游与观测

蓝色起源（Blue Origin）公司是由亚马逊创始人杰夫·贝索斯创建的太空飞行服务公司。公司最近宣布，将于2019年四月前将游客带入太空。游客将分为六组，乘坐18米（60英尺）高的火箭到达距离地球表面约为100公里（62英里）的太空边缘。

一旦到达那里，他们将体验零重力飞行。三个独立的降落伞和一个制动推力系统可确保乘客缓慢地航行回到地球。这种体验价格可不低——有传言说，一张登上New Glenn火箭进入地球轨道的票价在15万美元到25万美元之间。

然而，人们愿意报名确是毋庸置疑的——维珍银河公司（Virgin Galactic）的一个空间旅行项目，据传就已有700人报名。

2019年，蓝色起源计划扩大规模，新建二级和三级火箭。二级和三级火箭完全可以重复使用，高度可达99米（326英尺）。并且，相对于SpaceX的猎鹰重型火箭，能以相对较低的成本运送有效载荷。

NASA还计划于2019年一季度发射詹姆斯·韦伯望远镜。该望远镜将会通过红外线观测太阳系成熟过程的每一个阶段。由于詹姆斯·韦伯望远镜拥有18个六角反射镜的阵列，最终将比哈勃太空望远镜功能强大一百倍。

通过直径6.5米的主镜（哈勃望远镜中的主镜直径仅为2.4米），詹姆斯·韦伯望远镜将会探测到诸如星系形成等事件，这些事件可追溯到宇宙大爆炸时期。该望远镜还会特别关注发现新的可能支持生命存在的行星。

2020-2025：“地球依存”和外太空

从寻找液态水的证据，到在火星表面的土壤中探测有机物，“好奇号”火星探测器已经解释了一些关于火星表面基本的问题。

然而，这些信息也引发了更多关于其它元素可能存在的问题。为此，为了确定火星的大气层中是否存在氧气以及氧气的浓度，“好奇号”的继任者——火星2020号，将会安装一系列传感器和仪器，以让它能够回答这些问题。

如果人类有可能亲自造访火星的话，关于氧气浓度的信息将会非常重要，这于2030年可能就会实现。

如果我们想将其它星球变为殖民地，还有很多其它的事情需要去做。NASA已经设立了三个阶段，需要我们可能对其它星球实现殖民之前去完成：

第一阶段，NASA称之为“地球依存”，我们继续探测在太空生活的可行性，并在国际空间站进行更多的研究。

第二阶段：也就是“试验场”阶段，围绕月球的操作，可用来建立将人类安全送回地球的路径。

完成这两个阶段之后，我们最终将到达第三阶段（“地球独立”），在这个阶段，人们将在火星上建立自给自足的殖民地。

在人类首次登月仅仅50年后，NASA正准备发射另一艘载人航天飞船到月球以外的空间。宇航员将登上一艘名为“猎户座”的飞船，该飞船将会用NASA的SLS（太空发射系统）进行发射，该系统是一个模块化的重型运载火箭。与SpaceX的猎鹰重型火箭相似，SLS的最大有效载荷为70到130吨。

然而，该飞船在载人飞行之前会先进行一些无人试飞。

第一次任务是探索任务-1，定于2018年实施。SLS将发射无人飞船前往月球，进入月球表面上空100千米（62英里）的轨道，并运用重力将自身推进到深远的、未探测过的太空。这一任务的目标是检测飞船能否帮助人类在远距离的星球旅行中存活下来。

第二个任务（探索任务-2），计划于2021年八月实施，将会是NASA的首次超越月球的载人飞行测试。NASA总部负责勘探系统开发的副主管Bill Hill于2016年在NASA的博客中说，“在这次任务中，我们有一系列的测试，旨在验证关键的功能，包括任务规划、系统性能、船员界面、以及在深空空间的导航与制导。”

为了获得环月飞行的足够动力，该航天飞船将先环绕地球进行数次飞行，偶尔还会点燃推进器。“猎户座”在其围绕月球轨道稳定飞行期间，会收集数据并测试飞船的星际飞行能力。

2022：使火星成为可居住星球

21世纪20年代，NASA在忙于探索人类在太空保持健康的方式，而SpaceX计划开始在太空落实基础设施建设，以让人类实现在太空建立殖民地的设想。SpaceX预期于2022年完成其首次5460万公里（3390万英里）的火星之旅。

埃隆·马斯克在今年年初提供的最新消息，揭示了其关于火箭的诸多计划，这些火箭在体积和功能上要远大于NASA的空间发射系统，甚至超越了他自己公司的猎鹰重型火箭——BFR。如此大的火箭将有空间装载足够的燃料，以将人类带上火星，或者甚至能用于基于地球的城市间的飞行。

具有最大150吨的有效载荷量，这个巨大的、106米（347.7英尺）高的火箭将打破目前送入轨道的最大有效载荷（包括货物、燃料和乘客）记录，同时，为每次额外的发射提供最低成本。

为了到达月球，BFR将从地球表面发射，将之前在地球轨道上燃料库中的推进剂进行输送，在轨道上加速，然后在途中添加一次燃料以支撑余下的距离，以到达月球表面，然后着陆。SpaceX计划，火箭一旦返回轨道，便为其补充燃料，以延长其飞行距离，扩展其有效载荷，以期能安全返回地球。

测试表明，在太空中为火箭补给燃料是可能实现的。NASA于2011年进行了一次机器人燃料补给任务，在国际空间站的一个外部平台上成功地完成了机器人操作的推进燃料输送。

到2022年，SpaceX预计将在火星上至少降落两艘货船，以便为人类建立栖息地。这些最初任务的首要目标是在火星表面找到可靠的水源。

2024：BFR载人任务

在那些货船建好基础设施的两年后，SpaceX计划将人类送到火星居住。那些登上BFR的40个火星运输模块的乘客将会首先开启这史无前例的空间旅行。

马斯克可能会承认，这个时间表是一个大胆的安排。并且该时间表可能不会以SpaceX喜欢的方式推进。据《连线》杂志报道，因为行星排列，和其它因素，如太阳能需要和燃料限制，地球-火星旅行的发射窗口仅有几周的时间。

这就表明，即使所有其它的部件都已就序——不论BFR，还是BFR的前辈——猎鹰重型火箭，都未必能成功发射。

如果BFR能成功到达火星，它将把建造一个推进燃料生产厂作为其火星殖民的一部分。该计划将从大气中吸收二氧化碳，并利用太阳能将其转化成深低温四氧化碳燃料。

2025-2030：在太空停留一年

SpaceX可能准备好于21世纪20年代初，将人类送入太空生活，但NASA相对更加谨慎。这个政府太空机构正计划将宇航员送入轨道一年，以确信人们是否确实准备好生活在一个不同的星球上。

2016年三月，NASA的宇航员Scott Kelly在国际空间站完成了一项为期一年的类似任务，以测试零重力对人体产生的影响，以及这对未来的火星之旅意味着什么。

然而，与Scott Kelly的任务不同，NASA的2021年任务是将宇航员送入月球轨道。他们会进入一个“深空通道”，这种“通道”是一种类似于国际空间站的小型空间站，将作为未来深入太空任务的测试点，包括之后前往火星的任务。

“深空通道”会通过五次早期任务建立，其中四次都是载人任务。生活于月球轨道中一年，不同的日夜转化和太阳辐射等因素，对人体会产生什么样的影响，还不为我们所知。

2030：NASA将人类送到火星

SpaceX火星载人任务完成五年后，NASA计划将自己的航天飞船送到火星上。运用“好奇号”和“火星2020”采集的数据和样本，NASA将首次确定人类将如何在火星上生存，然后再从其深空通道发射载人航天飞船。

| 编译：李鑫 原作者：Victor Tangermann